機(jī)械制造實(shí)驗(yàn)典型課件機(jī)械加工精度-中國地質(zhì)大學(xué)

實(shí)驗(yàn)二機(jī)械加工精度分析中國地質(zhì)大學(xué)（北京）機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心呂戰(zhàn)竹實(shí)驗(yàn)二機(jī)械加工精度分析一、機(jī)械加工精度概述二、工藝系統(tǒng)幾何誤差三、調(diào)整誤差四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差七、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容一、機(jī)械加工精度概述（一）概述1.加工精度與加工誤差加工精度：零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。加工誤差：零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）對理想幾何參數(shù)的偏離程度。三點(diǎn)注意！理想幾何參數(shù)的正確含義加工精度與加工誤差的關(guān)系包含的三個(gè)方面內(nèi)容（一）概述2.原始誤差工藝系統(tǒng)存在著誤差是引起加工誤差的根本原因，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。包括工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、受力變形引起的加工誤差、受熱變形引起的加工誤差、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差和測量誤差等。

原理誤差工件裝夾誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差夾具誤差刀具制造誤差刀具磨損工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)受熱變形內(nèi)應(yīng)力引起的變形測量誤差加工前加工中加工后與初始狀態(tài)有關(guān)與工藝過程有關(guān)工藝系統(tǒng)靜誤差工藝系統(tǒng)動誤差（一）概述3.誤差敏感方向例：車削外圓時(shí)ΔRΔYRRΔR=ΔX顯然：工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對加工精度的影響程度也不同。對加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。誤差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）誤差敏感方向一般為加工表面過切削點(diǎn)的法線方向。二、工藝系統(tǒng)幾何誤差1、機(jī)床的幾何誤差機(jī)床、刀具、夾具的幾何誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差、傳動鏈誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差：主軸各瞬間實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的變動量。可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種形式。1、機(jī)床的幾何誤差（2）導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌副運(yùn)動件實(shí)際運(yùn)動方向與理想運(yùn)動方向的偏差此外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌精度要求包括：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）；導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。1、機(jī)床的幾何誤差（3）傳動鏈誤差指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運(yùn)動的誤差。主要影響刀具與工件之間速比關(guān)系的準(zhǔn)確性（如螺紋、齒輪加工時(shí)），一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。以滾齒機(jī)為例減小傳動鏈誤差的措施:1）盡可能縮短傳動鏈，減少誤差源數(shù)2）盡可能降速傳動，并使末端傳動副采用大的降速比，且要提高末端傳動件的精度3）提高傳動元件的制造精度和裝夾精度，減小誤差源，特別是升速傳動元件。此外，還可采用傳動誤差補(bǔ)償裝置42（5-2）

2、刀具的幾何誤差定尺寸刀具的尺寸和形狀誤差影響加工尺寸和形狀精度成形刀具的形狀誤差和安裝誤差影響加工形狀精度展成刀具的尺寸、形狀及安裝誤差影響加工形狀精度一般刀具的制造誤差不直接影響加工精度刀具磨損對加工精度的影響三個(gè)階段：初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段刀具正常磨損量（5-3）Ol0ll’切削路程

l/mμμ0尺寸磨損量μ/μm圖5-9刀具的尺寸磨損與切削路程的關(guān)系3、夾夾具的的幾何何誤差差夾具誤誤差影影響加加工位位置精精度。。與夾具具有關(guān)關(guān)的影影響位位置誤誤差的的因素素包括括：1）定定位誤誤差；；2）刀刀具導(dǎo)導(dǎo)向（（對刀刀）誤誤差；；3）夾夾緊誤誤差；；4）夾夾具制制造誤誤差；；5）夾夾具安安裝誤誤差；；……通常取取精加加工夾夾具公公差為為工件件上相相應(yīng)尺尺寸公公差的的1/2~1/3，，粗加加工夾夾具則則取1/5~1/10。。三、調(diào)調(diào)整誤誤差1、試試切法法調(diào)整整調(diào)整機(jī)床、、刀具具、夾夾具的過程程中產(chǎn)產(chǎn)生的的誤差差度量誤誤差、、加工工余量量的影影響、、微進(jìn)進(jìn)給誤誤差2、按按定程程機(jī)構(gòu)構(gòu)調(diào)整整3、按按樣件件或樣樣板調(diào)調(diào)整四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差1、基基本概概念機(jī)械加加工工工藝系系統(tǒng)在在力的的作用用下產(chǎn)產(chǎn)生變變形，，破壞壞了工工件與與刀具具之間間正確確的相相對位位置，，產(chǎn)生生加工工誤差差。四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差1、基基本概概念工藝系系統(tǒng)剛剛度：：加工工誤差差敏感感方向向上工工藝系系統(tǒng)所所受徑徑向切切削分分力與與變形形量之之比式中Fp——徑向切切削分分力（（背背向力力、吃吃刀抗抗力））；y——工藝系系統(tǒng)在在切削削合力力作用用下的的變形形。四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差2、工工件剛剛度工件剛剛度對對加工工精度度的影影響細(xì)長軸軸加工工四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差3、刀刀具剛剛度刀具剛剛度對對加工工精度度的影影響內(nèi)孔加加工四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差4、機(jī)機(jī)床部部件剛剛度（1））機(jī)床床部件件剛度度及其其特點(diǎn)點(diǎn)非線形形關(guān)系系，不不完全全是彈彈性變變形加載和和卸載載曲線線不重重合，，所圍圍面積積表示示克服服摩擦擦和接接觸變變形所所作的的功存在殘殘余變變形，，反復(fù)復(fù)加載載卸載載后殘殘余變變形→→0機(jī)床部部件剛剛度比比按實(shí)實(shí)體估估算值值小許許多，，表明明其變變形受受多種種因素素影響響四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差4、機(jī)機(jī)床部部件剛剛度（2））影響響機(jī)床床部件件剛度度的因因素1）結(jié)合面面接觸觸變形形的影影響2）摩摩擦力力的影影響3）低低剛度度零件件的影影響4）間間隙的的影響響表面粗粗糙度度、宏宏觀幾幾何形形狀誤誤差、、材料料硬度度、紋紋理方方向。。四、工工藝系系統(tǒng)受受力變變形引引起的的誤差差5、工工藝系系統(tǒng)剛剛度及及其對對加工工精度度的影影響工藝系系統(tǒng)剛剛度的的倒數(shù)數(shù)等于于各組組成部部分剛剛度的的倒數(shù)數(shù)之和和。工藝系系統(tǒng)受受力變變形等等于工工藝系系統(tǒng)各各組成成部分分受力力變形形之迭迭加：：由此可可導(dǎo)出出工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度度與工工藝系系統(tǒng)各各組成成部分分剛度度之間間的關(guān)關(guān)系：：一般情情況下下，常常見工工藝系系統(tǒng)的的低剛剛度環(huán)環(huán)節(jié)如如下：：1）對對于車車床，，k頭架>k尾架>k刀架；車細(xì)細(xì)長軸軸時(shí)，，k工件最小。。2）對對于臥臥式銑銑床，，k升降臺臺>k工作臺臺>k主軸>k刀桿。3）對對于鏜鏜床，，k鏜桿最小。。4）對對于內(nèi)內(nèi)圓磨磨床，，k磨桿最小。。工藝系系統(tǒng)剛剛度對對加工工精度度的影影響（1））由于于工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度度變化化引起起的誤誤差即比較式式（5-6）工藝系系統(tǒng)剛剛度對對加工工精度度的影影響（1））由于于工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度度變化化引起起的誤誤差【例5-1】經(jīng)經(jīng)測測試，，某車車床的的k主=300000N/mm，，k尾＝56600N/mm，，k刀架＝30000N/mm，，在加工工長度度為l的剛性性軸時(shí)時(shí)，徑徑向切切削分分力Fp＝400N，試計(jì)算該該軸加工工后的圓圓柱度誤誤差。令a=

k主/k尾，則x=l/(1+a)時(shí)，y系最?。汗に囅到y(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響（1）由由于工藝藝系統(tǒng)剛剛度變化化引起的的誤差由于工件件變形，，使工件件加工后后成鼓形形式中E———工件材料料的彈性性模量；；I———工件截面面的慣性性矩。工件變形形：工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響（1）由由于工藝藝系統(tǒng)剛剛度變化化引起的的誤差考慮工件件變形時(shí)時(shí)的工藝藝系統(tǒng)總總變形工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度則則為工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響（2）由由于切削削力變化化引起的的誤差以橢圓車車削為例例說明誤差復(fù)映映可用誤誤差復(fù)映映系數(shù)來來表示：：誤差復(fù)映映：由于工藝藝系統(tǒng)受受力變形形量的變變化，使使毛坯誤誤差部分分地反映映到工件件上，此此種現(xiàn)象象稱為““誤差復(fù)復(fù)映”工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響（2）由由于切削削力變化化引起的的誤差利用誤差差復(fù)映系系數(shù)可由由毛坯誤誤差估算算加工后后的工件件誤差機(jī)械加工工中，誤誤差復(fù)映映系數(shù)通通常小于于1，定定量地反反映了毛毛坯誤差差經(jīng)加工工后減小小的程度度?？赏ㄟ^多多次走刀刀，消除除誤差復(fù)復(fù)映的影影響。工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響（2）由由于切削削力變化化引起的的誤差誤差復(fù)映映概念的的推廣：：1）每一一件毛坯坯的誤差差都會因因切削余余量不均均勻而復(fù)復(fù)映2）工藝藝系統(tǒng)剛剛度低的的場合，，誤差復(fù)復(fù)映現(xiàn)象象較明顯顯3）大批批量生產(chǎn)產(chǎn)中，有有必要查查明誤差差復(fù)映的的大小工藝系統(tǒng)統(tǒng)剛度對對加工精精度的影影響（3）由由于夾緊緊變形引引起的誤誤差（4）其它作用力的影響如：重力、慣性力、傳動力等a）b））圖5-21夾夾緊力力引起的的加工誤誤差五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差1、工藝系系統(tǒng)的熱源源（1）內(nèi)部部熱源1）切削熱熱2）摩擦熱熱和能量損損耗3）派生熱熱源（2）外部部熱源1）環(huán)境溫溫度2）輻射熱熱——刀具、、工件變形形——某個(gè)關(guān)關(guān)鍵部位變變形——機(jī)床其其它部位變變形在精密加工工和大件加加工中，工工藝系統(tǒng)熱熱變形引起起的加工誤誤差占總誤誤差的約40～70%。五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差2、工件熱熱變形對加加工精度的的影響（1）工件件均勻受熱熱（軸類零零件處于相相對穩(wěn)定的的溫度場中中）5級絲杠累累積誤差全全長≤5μm，可見熱變形形的嚴(yán)重性性式中ΔL，ΔD——長度和直徑徑熱變形量量；L，D——工件原有長長度和直徑徑；α——工件材料線線膨脹系數(shù)數(shù)；Δθ——溫升。長度：直徑：例：長400mm絲杠，加工工過程溫升升1℃，熱熱伸長量為為：五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差2、工件熱熱變形對加加工精度的的影響（2）工件件不均勻受受熱（板類工件單單面加工時(shí)時(shí)）式中f——工件凸起量量（變形撓度））；L，H——工件原有長長度和厚度度；α——工件材料線線膨脹系數(shù)數(shù)；Δθ——上下表面之之間的溫差差。圖5-24平面加工熱變形fφ/4φLH結(jié)果：加工時(shí)上表表面升溫，，工件向上上拱起，磨磨削時(shí)將中中凸部分磨磨平，冷卻卻后工件上上表面下凹凹。措施：控制上下表表面的溫差差。五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差3、刀具熱熱變形對加加工精度的的影響體積小，熱容量小，達(dá)到熱平衡時(shí)間較短溫升高，變形不容忽視（達(dá)0.03～0.05mm）◆特點(diǎn)A－連續(xù)切削變變形曲線B－冷卻變形曲曲線C－間斷切削變變形曲線五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差4、機(jī)床熱熱變形對加加工精度的的影響結(jié)構(gòu)復(fù)雜，，熱源分布布不均勻，，工作條件件變化大，，機(jī)床各部部分的溫升升不同，影影響加工精精度。不同類型機(jī)機(jī)床的熱變變形車、銑、鉆、鏜等機(jī)床，主要熱源為主軸箱的發(fā)熱五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差4、機(jī)床熱熱變形對加加工精度的的影響牛頭刨、龍門刨、立車等機(jī)床，主要熱源為工作臺與床身導(dǎo)軌間的摩擦熱五、工藝系系統(tǒng)受熱變變形引起的的誤差4、機(jī)床熱熱變形對加加工精度的的影響磨床的主要熱源為